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合肥“科学岛”上这个名为“东方超环”的托卡马克核聚变实验装置,是世界上第一个全超导托卡马克核聚变实验装置。该装置有近百万个零部件协同工作,汇聚了“超高温”“超低温”“超强磁场”等多项尖端技术,拥有专利近2000项。每个托卡马克的建造者,都在做一件“无先例可循的事”。
对于科研团队来说,“亿度千秒”的实现,充分验证了聚变堆高约束模稳态运行的可行性。然而,对于工程团队来说,为准备下一次实验而要开展的设备“升级”工作才刚刚开始。
“埃菲尔铁塔的金属框架有7000多吨,聚变堆装置的重量是这个数值的4倍。”据吴杰峰估算,未来的聚变堆装置需要用约3万吨的各类高精度部件进行装配,零件数量近百万个。
可控核聚变是一项典型的前沿性、颠覆性技术。2024年,科技部等七部门联合发布《yd2333云顶电子游戏推动未来产业创新发展的实施意见》,提出要加强推进以核聚变为代表的未来能源关键核心技术攻关。
尽管等离子体是被约束在“磁笼子”内悬浮的,但整个“巨罐”还是不得不直面上亿摄氏度的高温,这对内部材料及部件的研制提出了极高的要求。
鲜为人知的是,在“人造太阳”的制造过程中,很多零部件是不能用自动化设备来批量生产的,而是要靠工人师傅们纯手工制作。因此,手感是工人师傅们“只可意会且难以言传”的绝技。
“巨罐”里面有着上亿摄氏度的高温,这对于任何耐热材料都是难以承受的。科学家需要研制一个“磁笼子”,用强磁场将等离子体约束在“磁笼子”里,这就相当于让等离子体处于一种“悬浮”状态。
钳工高级技师张虎在合肥聚能电物理高技术开发有限yd2333云顶电子游戏工作多年,对不同形状、不同材料的部件进行装配是他的主要工作内容。在工作中,他不仅要熟悉各种零部件之间的装配特性,还要了解不同工艺的特点,才能在装配过程中有针对性地解决问题。
如果说有一种装置,在制造过程中既要经受住接近绝对零度的“极度冷冻”,又要经受住上亿摄氏度高温的“极端炙烤”,这其中的难度有多大?
“对于这些部件,在工艺设计上就必须十分讲究,因为要确保极低温下和极高温下,都要具备稳定性、安全性。这就像走钢丝一样,在高速公路上开汽车不难,但走钢丝的话,难度就完全不同。”吴杰峰说。
记者了解到,“巨罐”内部的磁场强度达到了地球磁场强度的约7万倍。如何做好这样的超导磁体,成为摆在工程团队面前的重大考验。
星空体育入口app-269℃,这是接近热力学理论上绝对零度(-273.15℃)的温度。1亿摄氏度,这是比太阳核心温度还要高6倍且常人难以想象的高温。
太阳之所以能发光发热,主要是因为内部的核聚变反应。如果能在地球上造一个“太阳”来发电,这无疑会让“能源自由”的愿景变得越来越清晰。
他解释说,“在极低温和极高温的夹缝中开展工作,往往会影响产品开发、材料选择、加工制造的过程,可选的域度非常小。这就像解方程一样,当约束条件变多,最后只能历尽艰难险阻才能找到唯一解。”
依靠多年的工程经验,陈建林有着超越检测工具的“手感”。“东方超环”装置总体直径约4米。在狭小、不透气的内真空室,陈建林经常只能蹲在固定的位置进行操作,时间长了腿就会麻,站都站不起来。
几周前,这里刚刚传出一个振奋人心的消息:“东方超环”首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”,即成功实现超1亿摄氏度、1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,再次创造托卡马克装置高约束模运行新的世界纪录,也标志着我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越。
“超导磁体内有几万个接头需要焊接,每个接头都需要在低温环境下保持一定的漏率。如果一开始就控制不好漏率的话,等到真正运行再去发现漏点,那维修的成本实在太高。”吴杰峰解释说。
陈建林曾参与包括“人造太阳”在内的十余项国内外重大科学工程核心部件及系统的总装调试工作。其中,“东方超环”装置的核心部件之一——内置式低温泵就是陈建林在“守护”。
2月7日,位于“科学岛”上的合肥聚能电物理高技术开发有限yd2333云顶电子游戏,几名工人正在将一根根铜铝复合构件从液氮中捞出。在与室外空气接触后,这些构件上很快便笼罩了一层雾气。工人们说,这些构件刚刚经历了一次冷热循环试验。
一般情况下,科学家们会提出一些理论要求,陈建林和同事们会通过加工、装配、检测等一系列复杂工序将科学家们的要求变为现实。
在一座位于安徽合肥西北部的“科学岛”上,有一个巨大的罐体,这个“巨罐”学名叫托卡马克,但人们更喜欢将它形象地称为“人造太阳”。
“超导磁体必须要冷到一个极限温度。”合肥聚能电物理高技术开发有限yd2333云顶电子游戏总经理吴杰峰说,一般情况下,工作人员需要将超导磁体稳定在-269℃,这个温度对制作过程中每一个环节的要求都十分苛刻。
“一个零部件,很少是一步焊成的。”张虎说,尽管可以采取不同的焊接方法进行梯度焊接,但是对黏合率的要求一点也不能降低,并且累积误差要越小越好。
“如果今天师傅的状态不好,很可能会影响手上的活。”作为合肥聚能电物理高技术开发有限yd2333云顶电子游戏制造中心副主任、首席技师,陈建林时常把这句话挂在嘴边。
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